网络编码优化研究

论文摘要

网络编码是一种新颖的网络传输技术。与传统网络中中间节点只能转发接收到的数据不同,应用这一技术,网络的中间节点可以将接收到的数据进行编码并发送编码后的数据;相应的,在必要时通过解码运算恢复出原始数据。应用网络编码能够更充分的利用网络的理论组播速率上限,在许多情况下达到传统网络传输无法实现的组播速率。与多数技术一样,网络编码在充分利用网络理论组播速率的同时,也伴随着对应的开销。与传统网络节点的转发数据相比,中间节点在进行编码操作时需要额外的处理,如新的网络编码硬件设备,从存储器读取数据并进行编码运算等;同样,解码操作也比直接接收原始的数据消耗更多的开销。如何在应用网络编码技术充分利用网络传输能力的同时,尽可能的减少付出的各种开销,是网络编码在实际应用中所要解决的重要问题。本文研究了在给定的网络拓扑上应用网络编码,如何在保证组播速率达到理论最大值的条件下,尽可能的降低各种开销的优化问题。在应用遗传算法降低网络编码元运算开销的基础上,给出了综合考虑网络编码开销和网络链路开销优化问题的数据模型与解决方案,分析了主要参量的取值情况,并讨论了优化问题在实际应用下的不同形式。本文具体的研究内容和成果包括以下几方面:本文总结了网络编码开销优化这一新锐领域目前的研究工作。对该领域主要的启发式算法-遗传算法作出了较大改进。在此基础上,提出了综合考虑网络编码开销和网络链路开销优化问题。针对网络编码下两种主要的数据模型,给出了这一问题的严格表述。在遗传算法下,对比了两种数据模型表现的优劣。同时对优化问题中主要的参数做了前瞻性的分析,给出了进行这一优化的必要性条件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 本文工作
• 1.3 文章结构
• 第二章 网络编码下的特定开销优化研究概述
• 2.1 围绕链路开销方面的研究工作
• 2.2 围绕编码开销方面的研究工作
• 2.3 与本文直接相关的最新研究进展
• 第三章 基于遗传算法的网络编码相关开销优化方法
• 3.1 算法描述
• 3.1.1 数据处理部分
• 3.1.2 遗传算法主流程部分
• 3.2 仿真实验与结果分析
• 第四章 编码开销-链路开销联合优化问题
• 4.1 符号与概念
• 4.2 信息流模型
• 4.2.1 按接收者划分的信息流模型
• 4.2.2 按数据元划分的信息流模型
• 4.3 复杂度分析
• 4.4 启发式算法
• 4.4.1 按接收者划分的信息流模型
• 4.4.3 按数据元划分的信息流模型
• 4.5 模拟实验
• 4.6 无线网络场景下γ取值的确定
• 第五章 总结与展望
• 5.1 内容总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 附录
• A 硕士在读期间发表的学术论文
• B 参与的科研项目
• 致谢